Receptori i signalna transdukcija

Signalna transdukcija je pretvaranje vanćelijske ili unutrašnje informacije u promjenu funkcije ćelije. Receptor prepoznaje ligand, ali konačni odgovor zavisi od posrednih proteina, enzima, kanala i genetskih programa koje ćelija izražava. Zato isti hormon ili neurotransmiter ne mora izazvati isti odgovor u svakom tkivu. Signalna specifičnost nastaje iz cijelog puta, a ne samo iz imena liganda.

Mjesto receptora

Hidrofilni signali koji ne prolaze lako lipidnu membranu djeluju uglavnom preko površinskih receptora. Lipofilni signali mogu pristupiti unutarćelijskim receptorima ili koristiti dodatne membranske puteve. Ovo je funkcijsko usmjerenje, a ne pravilo bez izuzetaka: hemijske osobine liganda i raspoloživi transport određuju njegovo odredište.

Vezivanje liganda mijenja stanje receptora. Receptor može neposredno predstavljati kanal, može biti povezan sa G proteinom, nositi enzimsku aktivnost ili sarađivati sa zasebnim enzimom. Unutarćelijski receptori mogu uređivati transkripciju. Različita građa omogućava različite vremenske obrasce i mogućnost pojačavanja signala.

Receptori-kanali

Ligandom upravljana pora brzo mijenja jonsku propustljivost. Nikotinski acetilholinski receptor omogućava kationsku struju nakon vezivanja acetilholina. Smjer električnog odgovora ipak zavisi od jona koje pora propušta i njihovog elektrohemijskog pogona.

Ovakav receptor povezuje prepoznavanje i efektor u istom proteinskom kompleksu. Promjena napona zatim može pokrenuti dodatne naponski zavisne kanale ili promijeniti druge funkcije. Početni receptorski odgovor i kasniji regenerativni akcijski potencijal zato predstavljaju odvojene događaje.

Receptori povezani sa G proteinima

Aktivirani receptor olakšava zamjenu GDP-a GTP-om na heterotrimernom G proteinu. Aktivne komponente zatim uređuju odgovarajuće efektore. Mogu se mijenjati aktivnosti enzima ili kanala, a različiti tipovi G proteina povezuju receptor sa različitim izlazima.

Gs može povećati aktivnost adenilil-ciklaze, dok Gi može smanjiti njen odgovarajući izlaz. Nastali cAMP uređuje protein-kinazu A i druge ciljeve. Fosforilacija mijenja aktivnost proteina, ali ne znači uvijek aktivaciju: ishod zavisi od konkretnog supstrata i njegove funkcije.

Gq-povezan put može aktivirati fosfolipazu C i stvaranje IP3 i diacilglicerola. IP3 omogućava oslobađanje kalcijuma iz unutrašnjih skladišta, dok diacilglicerol zajedno sa odgovarajućim uslovima učestvuje u aktivaciji protein-kinaze C. Kalcijum može vezivanjem za kalmodulin aktivirati dodatne regulatorne sisteme. Prostorna raspodjela ovih elemenata određuje gdje će odgovor nastati.

Enzimski i jedarni putevi

Receptori sa tirozin-kinaznom aktivnošću povezuju vezivanje liganda sa fosforilacijom receptora i signalnih proteina. Insulinski receptor koristi ovaj opšti princip. Drugi receptori nemaju sopstvenu kinazu, nego aktiviraju povezane enzime. Ove dvije klase ne treba izjednačiti samo zato što obje vode fosforilaciji.

Unutarćelijski receptori mogu mijenjati ekspresiju gena i stvaranje proteina. Za takav odgovor potrebno je više događaja od trenutne promjene kanala. Ipak, sporija genomska regulacija i brži membranski efekti mogu postojati zajedno. Podjela na brz i spor signal služi poređenju dominantnog mehanizma, a ne brisanju drugih mogućnosti.

Pojačavanje i završetak

Jedan aktivirani receptor može uticati na više posrednih molekula, a svaki aktivni enzim može stvoriti dodatne proizvode. Kaskada zato omogućava veliki funkcijski odgovor na ograničen početni signal. Pojačavanje istovremeno zahtijeva kontrolu, jer produženo djelovanje može narušiti koordinaciju ćelije.

GTPazna aktivnost vraća G protein prema neaktivnom stanju. Fosfodiesteraze razgrađuju ciklične nukleotide, fosfataze uklanjaju fosfatne grupe, a transporteri vraćaju citoplazmatski kalcijum prema početnom stanju. Prestanak vezivanja liganda i završetak posrednog odgovora zato ne moraju biti istovremeni.

Prilagođavanje osjetljivosti

Dugotrajnija stimulacija može smanjiti odgovor promjenom receptora ili njegovih posrednika. Desenzitizacija može obuhvatiti fosforilaciju, privremeno uklanjanje receptora sa površine ili sporiju promjenu njegovog broja. Broj vezanih liganada i veličina efekta zato ne ostaju u jednostavnom stalnom odnosu.

Integracija više puteva omogućava da se metaboličko stanje, hormonski signal i nervna aktivnost zajednički odraze na funkciju. Različiti putevi mogu dijeliti posrednika, ali djelovati u različitim ćelijskim područjima. Ćelija tako razlikuje informacije i kada koriste isti tip drugog glasnika.

Zapamti

• Receptor prepoznaje signal, a cijeli put određuje odgovor.
• Pojačavanje mora biti povezano sa završetkom i ograničavanjem.
• Trajanje i osjetljivost zavise od receptora, posrednika i ciljnog tkiva.